Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Дистанционная защита (ДЗ) — один из основных видов релейной защиты воздушных и кабельных линий электропередачи 110–220 кВ от многофазных коротких замыканий (КЗ). Принцип действия ДЗ основан на измерении полного сопротивления (импеданса) от места установки защиты до точки КЗ по отношению подведённого к реле напряжения к протекающему через него току:
Zр = Uр / Iр
где Zр — сопротивление, измеренное реле сопротивления (Ом); Uр — напряжение на зажимах реле (В); Iр — ток через реле (А).
Измеренное сопротивление пропорционально расстоянию от места установки защиты до точки повреждения, поскольку сопротивление линии пропорционально её длине. Если Zр меньше заранее установленного значения (уставки Zсз), защита фиксирует КЗ в пределах защищаемой зоны и даёт команду на отключение выключателя.
На линиях 110–220 кВ с односторонним питанием ДЗ используется как основная защита от многофазных КЗ. На линиях с двусторонним питанием — как резервная защита, обеспечивающая ближнее резервирование основной защиты линии (дифференциально-фазной или высокочастотной) и дальнее резервирование защит смежных элементов сети.
Зона срабатывания реле сопротивления (РС) задаётся характеристикой в комплексной плоскости сопротивлений R-X (активная и реактивная составляющие). Форма характеристики определяет область значений импеданса, при попадании в которую реле выдаёт сигнал срабатывания.
В современных микропроцессорных терминалах РЗА преимущественно применяется полигональная (четырёхугольная) характеристика, позволяющая независимо задавать охват по реактивному сопротивлению X (определяет длину защищаемой зоны) и по активному сопротивлению R (определяет чувствительность к дуговым КЗ с переходным сопротивлением).
Угол максимальной чувствительности (МЧ): Ось характеристики ориентирована под углом, соответствующим углу полного сопротивления линии. Для ВЛ 110 кВ этот угол составляет 65–75°, для ВЛ 220 кВ — 75–85°.
Дистанционная защита выполняется ступенчатой — с несколькими зонами действия, каждая из которых имеет собственную уставку по сопротивлению и выдержку времени. Классическая трёхступенчатая ДЗ включает:
В современных цифровых терминалах предусматривается до 4–6 зон ДЗ, что позволяет реализовать более гибкие схемы согласования.
Первая зона ДЗ обеспечивает мгновенное (без преднамеренной выдержки времени) отключение выключателя при КЗ в пределах защищаемой части линии. Уставка по сопротивлению выбирается с отстройкой от КЗ на шинах противоположной подстанции:
ZI = kотс · ZЛ
где:
Таким образом, первая зона охватывает 80–85% длины линии. Оставшиеся 15–20% (так называемая «мёртвая зона» первой ступени) защищаются второй зоной с выдержкой времени.
Коэффициент возврата реле сопротивления kв для всех ступеней находится в пределах 1,01–1,05 (при расчётах принимается kв = 1,05). Это означает, что сопротивление возврата превышает сопротивление срабатывания на 1–5%.
Вторая зона ДЗ предназначена для защиты оставшегося участка линии и шин противоположной подстанции. Уставка выбирается из двух условий, окончательно принимается меньшее значение:
ZII = kотс2 · (ZЛ1 + kт · ZI,Л2)
ZII = kотс2 · (ZЛ1 + kт · ZТмин)
где ZТмин — минимальное сопротивление трансформатора противоположной ПС (с учётом РПН).
Выдержка времени II зоны отстраивается от времени срабатывания быстродействующих защит элементов, отходящих от шин противоположной подстанции:
tII = tI,смеж + Δt
где tI,смеж — время срабатывания I зоны ДЗ (или ЛЗШ) смежных элементов; Δt — ступень селективности (0,3–0,5 с). Типичное значение: tII = 0,3–0,6 с.
Уставка II зоны должна обеспечивать коэффициент чувствительности при КЗ в конце защищаемой линии:
kч = ZII / ZЛ ≥ 1,25
Третья зона обеспечивает дальнее резервирование — отключение линии при отказе защит или выключателей смежных элементов. Уставка III зоны определяется из двух условий:
1) Согласование сверху — со II зоной ДЗ, установленной на противоположном конце защищаемой линии и защищающей смежный участок:
ZIII ≤ kотс · (ZЛ1 + kт · ZII,смеж)
где ZII,смеж — уставка II зоны ДЗ на противоположном конце линии.
2) Обеспечение чувствительности при КЗ в конце резервируемого элемента:
ZIII ≥ kч · (ZЛ1 + ZЛ2), где kч ≥ 1,2
Выдержка времени: tIII = tII,смеж + Δt, типичное значение 1,0–2,0 с.
Отстройка от нагрузки: Уставка III зоны (а в некоторых случаях и II зоны) должна быть проверена на несрабатывание при максимальных токах нагрузки. Сопротивление нагрузки Zнагр = Uном / (√3 · Iнагр.макс) не должно попадать в зону срабатывания реле.
Для повышения быстродействия ДЗ применяются следующие виды ускорения:
При АУ ускоряется та зона ДЗ (обычно II), которая надёжно охватывает всю защищаемую линию. Ускорение вводится на время около 1 с после включения выключателя, после чего выдержка возвращается к нормальному значению.
Нормируемые коэффициенты чувствительности ДЗ по сопротивлению:
Коэффициент чувствительности определяется как отношение уставки зоны к сопротивлению до расчётной точки КЗ:
kч = Zуст / ZКЗ
Для расчёта уставок ДЗ необходимо знать удельные параметры прямой последовательности защищаемой линии. Ниже приведены типичные значения для наиболее распространённых сечений проводов:
z1 = √(r1² + x1²); φл = arctg(x1/r1). Значения r1 приведены при температуре 20 °C. Реактивное сопротивление x1 зависит от класса напряжения (среднегеометрического расстояния между фазами).
Исходные данные:
ZЛ1 = z1 × L = 0,443 × 80 = 35,44 Ом
XЛ1 = 0,413 × 80 = 33,04 Ом; RЛ1 = 0,159 × 80 = 12,72 Ом
ZI = 0,85 × ZЛ1 = 0,85 × 35,44 = 30,12 Ом
Время: tI = 0 (мгновенно)
Первая зона охватывает 0,85 × 80 = 68 км линии.
ZЛ2 = 0,443 × 50 = 22,15 Ом
ZI,Л2 = 0,85 × 22,15 = 18,83 Ом
При kт = 1 (отсутствие токораспределения, наихудший случай):
ZII = 0,85 × (35,44 + 1,0 × 18,83) = 0,85 × 54,27 = 46,13 Ом
Время: tII = 0,5 с
kч = ZII / ZЛ1 = 46,13 / 35,44 = 1,30 ≥ 1,25 — условие выполнено
Из условия обеспечения чувствительности при КЗ в конце смежной линии Л2 (kч ≥ 1,2):
ZIII ≥ kч × (ZЛ1 + ZЛ2) = 1,2 × (35,44 + 22,15) = 1,2 × 57,59 = 69,1 Ом
Принимаем ZIII = 69,1 Ом. Время: tIII = 1,0 с
Проверка: kч = 69,1 / 57,59 = 1,20 ≥ 1,2 — выполнено
Коэффициент трансформации: kсх = nI / nU = (600/5) / (110000/100) = 120 / 1100 = 0,1091
ZI,вт = ZI × kсх = 30,12 × 0,1091 = 3,29 Ом (вторичн.)
ZII,вт = 46,13 × 0,1091 = 5,03 Ом (вторичн.)
ZIII,вт = 69,1 × 0,1091 = 7,54 Ом (вторичн.)
В современных микропроцессорных терминалах дистанционная защита реализуется программно с использованием цифровой обработки мгновенных значений токов и напряжений. Основные производители терминалов РЗА для линий 110–220 кВ:
Все уставки задаются по осям R и X (Ом/фаза), в первичных или вторичных величинах в зависимости от конкретной модели. Точность измерения сопротивления современных терминалов: не хуже 3–5% при токах от 0,5 Iном.
Первая зона ограничена 80–85% длины линии из-за погрешностей измерительных трансформаторов тока и напряжения (суммарная погрешность до 10–15%), а также погрешности самого реле сопротивления. Если установить уставку на 100%, при КЗ на шинах противоположной подстанции защита может сработать неселективно, опередив защиту шин.
Для ВЛ 110–220 кВ рекомендуется полигональная (четырёхугольная) характеристика. Она позволяет независимо задавать охват по реактивной (X) и активной (R) составляющим, что обеспечивает лучшую чувствительность к дуговым КЗ с переходным сопротивлением и снижает риск ложного срабатывания от качаний мощности.
Угол максимальной чувствительности реле сопротивления принимается равным углу полного сопротивления защищаемой линии: φМЧ = arctg(x1/r1). Для ВЛ 110 кВ — 65–75°, для ВЛ 220 кВ — 75–85°. В некоторых терминалах задаётся обобщённый угол для нескольких зон.
Ступень селективности — минимальный интервал времени между срабатыванием смежных ступеней защит, гарантирующий селективное отключение. Для электромеханических защит Δt = 0,4–0,5 с, для микропроцессорных — 0,2–0,3 с (за счёт более стабильного времени срабатывания).
Да. Сопротивление электрической дуги (переходное сопротивление в месте КЗ) является активным и добавляется по оси R на диаграмме R-X. Полигональная характеристика с достаточной уставкой по R обеспечивает чувствительность к дуговым КЗ. Сопротивление дуги может быть оценено по формуле Уоррингтона: Rд = 28710 · lд / I1,4, где lд — длина дуги (м), I — ток КЗ (А).
При качаниях мощности в электрической системе вектор измеренного сопротивления перемещается в плоскости R-X по траектории, проходящей через зону срабатывания реле. Для предотвращения ложных срабатываний применяется блокировка при качаниях (power swing blocking), которая отличает медленное изменение импеданса (качания) от скачкообразного (КЗ) по скорости изменения Z.
Токовые защиты (МТЗ, ТО) реагируют на величину тока и зависят от режима работы системы (мощности источника). Дистанционная защита реагирует на сопротивление до точки КЗ, которое не зависит от режима системы и определяется только параметрами линии. Это делает ДЗ более универсальной для сложных сетей с переменной конфигурацией и двусторонним питанием.
В большинстве терминалов уставки задаются отдельно по осям R и X (Ом/фаза) для каждой зоны. Некоторые модели (Siemens SIPROTEC, ABB Relion) позволяют вводить уставки как в первичных, так и во вторичных величинах. Терминалы ЭКРА и БМРЗ, как правило, работают с вторичными величинами. Угол наклона характеристики задаётся отдельным параметром.
Дистанционная защита линий 110–220 кВ является надёжным и универсальным средством защиты от многофазных коротких замыканий, обеспечивающим ступенчатое действие с согласованными зонами и выдержками времени. Корректный выбор уставок зон I–III с учётом коэффициентов отстройки, токораспределения и чувствительности, а также правильное согласование с защитами смежных элементов обеспечивают селективность и надёжность защиты при всех видах повреждений. Применение полигональных характеристик в современных микропроцессорных терминалах позволяет существенно повысить чувствительность к дуговым КЗ и устойчивость к качаниям мощности.
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор не несёт ответственности за любые решения, принятые на основании представленной информации. Расчёт уставок релейной защиты должен выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами и методическими указаниями с учётом конкретных параметров электрической сети.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.